8. Проектирование состава тяжёлого бетона с учётом его технологических особенностей

Проектируем состав бетона, который имел бы через 14 суток прочность при сжатии 58 МПа.

Прочность бетона через 28 суток нормального твердения, исходя из формулы RСЖ28 = RСЖ14 lg28 / lg14 =73,23 МПа.

Вид конструкции: железобетонная балка.

Способ формования: на виброуплотнение без пригруза.

Подвижность бетонной смеси, требуемая условиями работ, характеризуется осадкой конуса 5-8 см.

Допускаемая наибольшая крупность заполнителя: 40 мм.

Материалы: цемент - портландский с активностью в 14 суточном возрасте 58 МПа (в 28 суточном возрасте - 64,2 МПа);

нормальной густотой теста К_нг = 0,24 и плотностью _ц = 3100 кг/м³.

Крупный заполнитель – щебень гранитный с плотностью в виброуплотнённом состоянии _кв =1884 кг/м3, плотностью зёрен _к = 2670 кг/м3 , пустотностью П_к = 0,285.

Зерновой состав: фракции

40-20 мм – 49,8 %

20-10 мм – 25,2 %

10-5 мм – 22,5 %

5-2,5мм – 2,5 %

Мелкий заполнитель: песок кварцевый с плотностью в виброуплотнённом состоянии _пв = 1887 кг/м3; с плотностью зёрен _п = 2645 кг/м3 и пустотностью П_п = 0,261.

Зерновой состав: фракции

10-5мм – 6,0

5-2,5 мм – 10,7%

2,5-1,25 мм -18,1%

1,25-0,63 мм – 32%

0,63-0,315 мм - 19,1%

0,315-0,14мм – 11,5%

менее 0,14 мм – 2,6%

1.Определяем максимальную насыпную плотность смеси заполнителей в виброуплотнённом состоянии:

 _смв = П_кз·р_пв + р_кв·1 =0,285·1887 + 1884 = 2422кг/м³, где

Максимальная плотность смеси зёрен заполнителей равна

_см=[р_п+р_кв·р_к/(П_кз·р_пв)]/[1+р_кв/(П_кз·р_пв)]= =[2645+1884·2670/(0,285·1887)]/[1+1884/(0,285·1887)]= 2664,45 кг/м³,

Минимальная пустотность смеси заполнителей.

V_псм = (_см -  _смв )/_см = (2664,45-2422)/2664,45=0,083 => 8,3%

Строим график изменения пустотности в зависимости от объёмов песка и щебня на 1м³ смеси заполнителей.

2.Определяем оптимальную пустотность V_п смеси заполнителей:

Принимаем V_псм = 0,09м³, V_п = 0,314 м³, V_к = 0,985 м³, тогда П₁ = 1887·0,314 = 593 кг– масса песка, К₁ = 1884·0,985 = 1856 кг–масса крупного заполнителя.

V_п ≥1,1·V_к·V_пк= 1,1·1·0,285 = 0,314 м³, принимаем V_п=0,314 м³.

3.Определяем суммарную площадь зёрен крупного заполнителя и песка с учётом каждой фракции заполнителя и величины её удельной поверхности:

S_см=S_к+S_п=0,001·(П₁·Р_ni·S_ni+К₁·Р_кi·S_кi)= 0,001·[593·(10,7·9,4 + 18,1·18,5 + +32·33,0 + 19,1·66,0 + 11,5·129,0 + 2,6·261,0) + 1856·(49,8·1,35+ 25,2·2,7 + +22,5·5,4)] = 3390,64м²,

где Р_кi , Р_ni - содержание каждой фракции крупного и мелкого заполнителей в %,

S_кi , S_ni – удельная поверхность i-ой фракции крупного заполнителя и песка.

4.Находим объём цементного теста для приготовления 1 м³ бетонной смеси и выход бетона.

V_б =1+0,000013· S_см= 1 + 0,000013·3390,64= 1,044 м³;

V_т=(V_псм+0,000013· S_см)/ V_б =(0,09+0,000013·3390,64)/1,044=0,128 м³.

5.В связи с тем, что объём бетона вследствие раздвижки зёрен заполнителей цементным тестом получается больше чем 1м³, проводим корректировку расхода заполнителей по выходу бетона:

П₂ = П₁/ V_б =593/1,044 = 568 кг; К₂ = К₁/ V_б =1856/1,044 = 1778кг.

6.Общая водопотребность заполнителей в кг:

В_з=0,0001(П₂·Р_ni·В_ni+К₂·Р_кi·В_кi)=0,0001·[568·(10,7·0,32 + 18,1·0,788 + +32·1,32 + 19,1·2,65 + 11,5·5,04 + 2,6·10,4) + 1778·(49,8·0,77+ 25,2·0,93 + +22,5·1,21)] = 26,9 кг,

где В_ni, В_кi – общее водопоглащение песка и крупного заполнителя.

7.Определяем количество воды, адсорбированной на поверх­ности зёрен заполнителей:

В_ад=0,0001(П₂·Р_ni·В_nадi+К₂·Р_кi·В_кадi)=0,0001·[568·(10,7·0,376 + 18,1·0,76 + +32·1,32 + 19,1·2,65 + 11,5·5,04 + 2,6·10,4) + 1778·(49,8·0,27+ 25,2·0,51+ +22,5·0,81)] = 19,03 кг,

где В_nадi ,В_кадi - количество воды, адсорбирующейся на i-ой фракции песка и крупного заполнителя.

8.Определяем расход цемента для приготовления 1 м³ бетон­ной смеси при =1,2, где  - относительное водосодержание цементного теста:

Приведенная плотность цемента:

_п = 1000/(1000/р_ц - 0,012 + 0,263*К_нг) = 1000/(1000/3100 – 0,012 + +0,263·0,24) =2676 кг/м³;

Ц₁=(1000·V_т-В_ад)/{1,02·(1000/р_п+К_нг(-0,293)}=(1000·0,128-19,03)/{1,02·[1000/2676+ 0,24·(1,2 – 0,293)]} = 180,65 кг.

9.Определяем водоцементное отношение бетонной смеси:

(В/Ц) =·К_нг+В_з/Ц= 1,2·0,24 + 26,9/180,65= 0,44.